УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАССЕИВАНИЯ ТУМАНА Российский патент 2019 года по МПК A01G15/00 E01H13/00 

Изобретение относится к области техники, обеспечивающей воздействия на атмосферу с целью рассеивания тумана на контролируемом участке местности. Устройство может быть использовано для улучшения условий навигации на аэродромах, скоростных автодорогах, морских портах и т.п., где для управления транспортными средствами необходимо выполнение требовании по дальности видимости. Кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано для обеспечения проведения спортивных и зрелищных мероприятий на открытых площадках, а также для вентиляции воздуха на большой территории, в том числе, различных карьеров.

Известны способы воздействия на атмосферу, основанные на использовании специальных веществ (реагентов). Для доставки реагентов в защищаемое пространство используются различные транспортные средства: самолеты (см., например, патент США №2815928, МПК A01G 15/00, опубликованный 10.12.1957 г.), ракеты (см., например, авторское свидетельство СССР №576839, МПК А01G 15/00), снаряды (см., например, Российская Федерация, патент №2034444, МПК 6 А01G 15/00, опубликованный 10.05.1995 г.).

В качестве реагентов используется йодистое серебро (патент №2527230, опубликованный 24.10.1950 г.), смесь из углеродов хлора (патент №2160900, опубликованный 06.06.1939 г.), водный раствор хлористого кальция с загустителем (патент №2934275, опубликованный 26.04.1960 г.) и др.

Использование перечисленных реагентов позволяет рассеивать лишь переохлажденные туманы. Теплые же туманы с помощью известных реагентов не поддаются рассеиванию.

Известны методы воздействии на атмосферу (см., например, авторское свидетельство СССР №71260, МПК A01G 15/00, опубликованное 31.07.1948 г., патент США №3456880, МПК А01 G15/00, опубликованный 22.07.1969 г авторское свидетельство СССР №29675, МПК A01G 15/00, опубликованное в 1948 г., заявка ФРГ №4005304, МПК Е01Н 13/00.). Данные устройства, воздействуют на атмосферу с помощью коронного разряда. Коронирующие провода либо поднимают на высоту расположения облака, что предопределяет большие затраты ресурсов и не всегда осуществимо по погодным условиям, либо их обдувают воздушным потоком, формируемым с помощью технических средств, коронирующих электродов, установленных у поверхности земли.

Известен способ рассеивания туманов и облаков, заключающийся в генерации электрических зарядов в атмосферу путем подключения к источнику высокого напряжения коронирующих проводов, закрепленных через изоляторы на опорах у поверхности земли (см. Л.Г. Качурин " Физические основы воздействия на атмосферные образования", Гидрометеоиздат, Ленинград, 1978 г. стр. 287-293).

Как следует из приведенных источников информации, определяющим фактором рассеивания тумана в известном способе является объемный заряд, воздействующий на капли тумана.

Известно устройство рассеивания тумана по патенту РФ №2124288 С1, кл. Е01Н 13/00, 19.12.1997 г, опубликованное 10.01.1999 г, бюл. №1. Известное устройство содержит подсоединенные к источнику тока провода с малым радиусом кривизны поверхности, закрепленные на изоляторах опор параллельно электропроводной сетке, смонтированной в вертикальной плоскости, проходящей через оси симметрии смежных опор. Известное техническое решение достаточно успешно решает задачу рассеивания тумана. См., например https://www.voutube.com/watch?v=3HnMTvwBOXk.

https://www.youtube.com/watch?v=PGGkdaVStXs. Генерируемые коронным разрядом электрически заряженные частицы захватываются электрическим полем, образуемым между коронирующими электродами и заземленной сеткой, и перемещаются по направлениям силовых линий электрического поля, замыкающихся на поверхности проводов сетки. Движущиеся по силовым линиям электрического поля электрически заряженные частицы увлекают за собой электрически нейтральные молекулы воздуха. Формируется ионный ветер, который направлен от коронирующих проводов к заземленной сетке. Скорость формируемого ионного ветра определяется концентрацией генерируемых коронным разрядом электрически заряженных частиц, и импульсом действующих на них сил электрического поля в направлении нормальном к поверхности заземленной сетки. Электрически заряженные частицы по направлениям силовых линий электрического поля отклоняются от нормали к поверхности заземленной сетки и осаждаются на заземленных поверхностях сетки, а нейтральные частицы, проходят через зазоры между заземленными поверхностями наружу. Формируется ветровой поток. Облако тумана, проходя через область коронного разряда, получает электрический заряд и ионным ветром, а также внешним ветровым потоком направляется на заземленную сетку. Электрически заряженные капли тумана движутся по направлениям силовых линий электрического поля, осаждаются на заземленных поверхностях сетки и сепарируются от ветрового потока и очищенный от тумана ветровой поток направляется в область защищаемого от тумана пространства. Вместе с тем, устойчивость горения коронного разряда, а, следовательно, и эффективность работы устройства в значительной степени зависит от точности величины зазора между коронирующими проводами и заземленной сеткой. В местах, где зазор меньше проектного значения происходит электрический пробой, и вся система генерации коронного разряда выключается. В местах же, где значение зазора больше проектного значения, интенсивность коронного разряда недостаточна для эффективного рассеивания тумана. Обеспечить требуемые характеристики плоскостности поверхности сетки очень сложная техническая задача.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для рассеивания тумана по патенту РФ 2516988 Ru, С1, МПК A01G 13/00 (2006/01), опубликованному 27.05.2014 г., бюл. №15. Данное устройство содержит установленную на раме заземленную электропроводную сетку, поверх которой с определенным шагом установлены электропроводные стержни, вдоль поверхностей которых, с зазором установлены соединенные с высоковольтным источником питания коронирующие электроды, соединенные с высоковольтным источником питания.

Известное устройство обеспечивает гарантированное значение зазора разрядного промежутка, что позволяет сформировать устойчивый коронный разряд и обеспечить эффективную работу устройства рассеивания тумана. Вместе с тем, как показали результаты проведенных экспериментальных исследований, известное устройство позволяет эффективно рассеивать туман по направлению его движения. В условиях безветренного тумана известное устройство рассеивает туман лишь на глубину распространения формируемой устройством струи выходящего ветрового потока, значение которого достигает не более 2 м/сек, что ограничивает эффективность его применения.

Целью предлагаемого изобретения повышение эффективности рассеивания тумана.

Для достижения заявленной цели известное устройство рассеивания тумана, содержащее закрепленные с определенным шагом на раме заземленные электропроводные стержни, в промежутках между которыми и с зазором относительно их поверхностей установлены электрически соединенные с основным высоковольтным источником питания постоянного напряжения коронирующие электроды, снабжено установленными электрически изолированно и с зазором относительно поверхностей заземленных электропроводных стержней с противоположной от коронирующих электродов стороны рамы дополнительными электродами, электрически соединенными с дополнительным источником высоковольтного источника питания постоянного напряжения с полярностью, противоположной полярности напряжения основного высоковольтного источника питания.

Технический результат в предлагаемом техническом решении достигается за счет изменения в пространстве между заземленными электропроводными стержнями параметров электрического поля. Электрический потенциал дополнительных электродов часть силовых линий электрического поля, которые шли от коронирующих электродов и замыкались на заземленных электропроводных стержнях, вытягивает их вдоль нормали к плоскости заземленных электропроводных стержней к поверхности дополнительных электродов. Увеличивается количество и длина силовых линий электрического поля совпадающих с направлением нормали к плоскости заземленных электропроводных стержней. Соответственно, увеличивается и импульс сил электрического поля, действующих на генерируемые коронным разрядом электрически заряженные частицы в направлении нормали к плоскости заземленных электропроводных стержней, увеличивается скорость их движения, что и обеспечивает увеличение скорости формируемого ветрового потока.

На рис. 1.1-1.3 представлена условная схема устройства рассеивания тумана. Устройство включает в себя смонтированную на опорах 1 раму 2, на которой закреплены с шагом h заземленные электропроводные стержни 3. В промежутках между электропроводными стержнями 3, электрически изолированно, например, на электрических изоляторах 4 с зазором относительно поверхностей заземленных электропроводных стержней 3 установлены коронирующие электроды 5. Коронирующие электроды 5 могут быть установлены как в плоскости, отстоящей от плоскости заземленных электропроводных стержней 3 на расстоянии δ₁ так и непосредственно в зазоре между заземленными электропроводными стержнями 3. Заземленные электропроводные стержни 3 могут быть выполнены как в виде круглых цилиндров, как показано на рис. 1.1-1.3, так и в виде плоских поверхностей (например, из труб профильных прямоугольных). С противоположной от коронирующих электродов 5 стороны рамы 2 на изоляторах 6 с зазором относительно поверхностей заземленных электропроводных стержней 3, в плоскости, отстоящей от плоскости заземленных электропроводных стержней 3 на расстоянии δ₂, установлены дополнительные электроды 7. Дополнительные электроды 7, также как и заземленные электропроводные стержни 3 могут быть выполнены в виде круглых цилиндров, как показано на рис. 1.1-1.3, так и в виде плоских поверхностей (например, из труб профильных прямоугольных). Коронирующие электроды 5 электрически соединены с высоковольтным источником электрического питания постоянного напряжения 8. Например, положительной полярности. Дополнительные электроды 7 соединены с высоковольтным источником электрического питания постоянного напряжения 9, полярность которого противоположна полярности напряжения основного высоковольтного источника питания 8. На рис.1.2 полярность основного источника питания 8 обозначена знаком (+), полярность дополнительного источника питания 9 обозначена знаком (-).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Включение работы устройства осуществляется подачей высокого постоянного напряжения на коронирующие и дополнительные электроды (5, 7). От высоковольтного источника питания 8 на коронирующие электроды 5 подается высокое постоянное напряжения одного знака, а на дополнительные электроды 7 подается высокое напряжение противоположной полярности от дополнительного высоковольтного источника питания 9. На рис.1.2 условно обозначено знаками (+) и (-). При подаче высокого напряжения на коронирующие электроды 5, между коронирующими электродами 5 и заземленными электропроводными стержнями 3 формируется мощное электрическое поле. Значение напряжения высоковольтного источника питания выбирают исходя из условий формирования устойчивого коронного разряда на коронирующем электроде 5 и стойкости высоковольтных изоляторов 4. При генерации коронного разряда, образуемые в разрядном промежутке электрически заряженные частицы под воздействием мощного электрического поля, сформированного совокупностью электрических зарядов, локализованных на коронирующих 5 и дополнительных 7 электродах, находящихся вблизи заземленных электропроводных стержней 3 движутся вдоль его силовых линий, которые простираются до поверхностей дополнительных электродов. В процессе своего движения электрически заряженные частицы сталкиваются с электрически нейтральными частицами воздуха и передают им свой импульс движения и формируется ветровой поток от коронирующих электродов 5 в направлении к заземленных электродных стержней 3. В отличие от известного технического решения формирование ветрового потока в предлагаемом техническом решении осуществляется не только в области разрядного промежутка между коронирующими электродами 5 и заземленными электропроводными стержнями 3. Но и простирается далеко за его пределы, вплоть до поверхностей дополнительных электродов 7. Удлиняется путь движения электрически заряженных частиц под действием электрического поля. Увеличивается время передачи импульса сил от электрически заряженных частиц электрически нейтральным частицам воздуха, что увеличивает скорость движения воздуха, и, соответственно, увеличивается скорость всего сформированного воздушного потока. Содержащиеся в воздушном потоке капельки тумана попадает в разрядный промежуток, где капли тумана приобретают электрический заряд знака заряда коронирующих электродов 5. При прохождении воздушного потока мимо заземленных электропроводных стержней 3 и дополнительных электродов 7, имеющих электрический заряд противоположного знака электрически заряженных капель тумана. Электрически заряженные капли тумана электрическим полем осаждаются на их поверхностях заземленных электропроводных стержней 3 и дополнительных электродов 7, и сепарируются от ветрового потока. Очищенный от капель воздушный поток выходит из устройства рассеивания тумана и направляется в защищаемую область, вытесняя из нее туман. Капли тумана собираются на поверхностях заземленных электропроводных стержней 3 и дополнительных электродов 7, и под действием собственного веса стекают вниз. При необходимости, стекаемая влага может собираться в специальных резервуарах (на рис. 1.1-1.3 не показаны).

Коронный разряд формируется между коронирующими электродами 5 и поверхностью заземленных электропроводных стержней 3. Электрическое поле дополнительных электродов 7 воздействует на формируемые коронирующими электродами электрические заряды и обеспечивает их продвижение от коронирующих электродов к своей поверхности. Влияние электрического поля от дополнительных электродов 7 на параметры электрического поля у поверхности коронирующих электродов 7 незначительно. Поэтому, схематично предлагаемое устройство с точки зрения формирования воздушного потока можно разделить на две электрические цепи.

Первая цепь - это электрическая цепь, обеспечивающая формирование электрически заряженных частиц, электрическое заряжание и осаждение на заземленной поверхности капель тумана. Данная электрическая цепь замыкается коронным разрядом, включает в себя высоковольтный источник питания 8, соединенный с коронирующими электродами, установленными с зазором относительно заземленных электропроводных стержней 3.

Вторая цепь - это электрическая цепь, обеспечивающая формирование ветрового потока путем продвижения образуемых первой цепью электрически заряженных частиц от коронирующих электродов 5 через зазоры между заземленными электропроводными стержнями 3 к дополнительным электродам 7. Данная цепь замыкается электрически заряженными частицами, которые образовались в области коронного разряда и прошли мимо заземленных электропроводных стержней 3 и осадились на поверхности дополнительных электродах 7. Цепь включает в себя дополнительный источник питания 9, соединенный с дополнительными электродами 7, и электрически заряженные частицы, образуемые в области генерации коронного разряда.

Эффективность рассеивания тумана в значительной степени зависит от скорости формируемого устройство очищенного от капель тумана воздушного потока. В известном устройстве рассеивания тумана для повышения скорости формируемого воздушного потока требуется повышение интенсивности коронного разряда, что вынуждает работать на режимах коронного разряда на гране электрического пробоя разрядного промежутка. Обеспечение устойчивого горения коронного разряда в током режиме, а, следовательно, и обеспечение более высокой эффективности работы устройства зависит от точности величины зазора между коронирующими проводами и заземленной поверхностью, от однородности параметров воздушной среды в разрядных промежутках, наличия на коронирующих электродах различных неоднородностей и пр. В местах, где зазор меньше проектного значения, где электрическа прочность воздушного зазора меньше, где образуются различные неоднородности на поверхностях электродов, происходит электрический пробой, и вся система генерации коронного разряда выключается. При увеличении зазора больше, интенсивность коронного разряда недостаточна для эффективного обеспечения рассеивания тумана. Обеспечить высокую однородность параметров, определяющих устойчивость коронного разряда в устройствах рассеивания тумана, работающих на отрытой местности и имеющих значительные габаритные размеры, очень сложная техническая задача.

Вторая электрическая цепь, продвигает электрически заряженные частицы и формирует ветровой поток большой скорости, что позволяет обеспечить эффективную работу устройства без значительного увеличения интенсивности генерации коронного разряда и добиться его высокой эффективности рассеивания тумана на менее интенсивных, устойчивых режимах коронного разряда.

Таким образом, предлагаемое устройство благодаря новым, ранее неизвестным признакам позволяет разделить процесс формирования воздушного потока на две независимых составляющих и реализовать его в двух независимых устройствах. Первое формирует электрически заряженные частицы. Второе обеспечивает придание электрически заряженным частицам импульса движения. Движущиеся электрически заряженные частицы сталкиваются с нейтральными частицами воздуха. Передают им часть своего импульса, и формируется воздушный поток. В итоге, предлагаемое устройство, в условиях устойчивого коронного разряда позволяет сформировать свободный от капель воздушный поток, со скоростью превосходящую скорость воздушного потока от известного устройства, что позволяет добиться цели предполагаемого изобретения.

Изобретение относится к области техники, обеспечивающей воздействия на атмосферу с целью рассеивания тумана на контролируемом участке местности, и может быть использовано для улучшения условий навигации на аэродромах, скоростных автодорогах, морских портах и т.п. Устройство содержит закрепленные с определенным шагом на раме (2) заземленные электропроводные стержни (3). В промежутках между стержнями (3) и с зазором относительно их поверхностей установлены электрически соединенные с основным высоковольтным источником питания постоянного напряжения (8) коронирующие электроды (5). Устройство снабжено установленными электрически изолированно (6) и с зазором относительно поверхностей стержней (3) с противоположной от коронирующих электродов (5) стороны рамы (3) дополнительными электродами (7). Электроды (7) электрически соединены с дополнительным источником высоковольтного источника питания постоянного напряжения (9) с полярностью, противоположной полярности напряжения основного высоковольтного источника питания (8). Обеспечивается повышение эффективности рассеивания тумана. 3 ил.

Устройство рассеивания тумана, содержащее закрепленные с определенным шагом на раме заземленные электропроводные стержни, в промежутках между которыми и с зазором относительно их поверхностей установлены электрически соединенные с основным высоковольтным источником питания постоянного напряжения коронирующие электроды, отличающееся тем, что оно снабжено установленными электрически изолированно и с зазором относительно поверхностей заземленных электропроводных стержней с противоположной от коронирующих электродов стороны рамы дополнительными электродами, электрически соединенными с дополнительным источником высоковольтного источника питания постоянного напряжения с полярностью, противоположной полярности напряжения основного высоковольтного источника питания.